電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法測定傳統(tǒng)發(fā)酵白酸湯中礦物質元素及主要營養(yǎng)成分分析

劉國華 謝小林 李永霞 李冰晶 羅麗平 賀紅早

(1.貴州省生物研究所,貴陽 550009;2.貴州省植物園 貴陽 550004)

苗族白酸湯,流行于中國貴州省,是利用糯米或秈米作為發(fā)酵基質,以米湯為原料發(fā)酵的最古老酸湯,在酵母、醋桿菌、乳桿菌、明串珠桿菌等微生物的共同參與下發(fā)酵獲得的一類液態(tài)發(fā)酵食品,可配制成飲品,也可當調料制作佳肴[1-2]。近年來,隨著植物基質發(fā)酵產品的營養(yǎng)及生物活性物質被不斷報道,酸湯及其產品的熱度也逐年上升。酸湯中谷物基質發(fā)酵被分解為有機酸、氨基酸等物質,形成獨特的風味及口感,同時還含有多種礦物質元素及維生素等成分[3],深受廣大消費者的喜愛,具有廣闊的市場前景。

目前對白酸湯的研究主要集中于微生物菌群的篩選及鑒定、酸味的形成機制、揮發(fā)性物質和特征風味成分等方面[4-5],對于傳統(tǒng)發(fā)酵的白酸湯營養(yǎng)成分,尤其是礦物質元素的報道較少[6]。電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法作為在發(fā)射光譜法基礎上發(fā)展起來的一種新技術,在礦物質元素測定方面具有測定速度快、線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、穩(wěn)定性好、干擾小及多元素同時測定等優(yōu)點,已成為準確測定金屬元素和部分非金屬元素的重要檢測工具[7-9]?；诖?本文探索了電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法測定傳統(tǒng)發(fā)酵白酸湯中礦物質元素的相關參數(shù),通過樣品預處理方法篩選,并考察測定方法的檢出限、精密度和回收率,確定了快速、靈敏、準確的酸湯中礦物質元素的檢測方法。最后運用該方法測定了白酸湯樣品中10種礦物質元素含量,并進一步對其常規(guī)營養(yǎng)物質進行測定,借此更深入研究白酸湯中對人體有益的成分,為開發(fā)白酸湯新產品提供理論基礎。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

實驗樣品取自貴州省麻江縣明洋食品有限公司,主要發(fā)酵基質為大米及糯米,發(fā)酵時間8 d,取樣時攪拌均勻整個發(fā)酵液;硝酸、過氧化氫為優(yōu)級純,成都市科龍化工試劑廠;沒食子酸、谷氨酸、葡萄糖標準品,天津市科密歐化學試劑有限公司;礦物質元素標準品,購自國家標準物質中心;其他化學試劑均為分析純。

1.2 主要儀器

E1468電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(澳大利亞GBC公司),恒溫培養(yǎng)箱,優(yōu)普UPR-II-15TNZP型超純水機,L5S 紫外可見分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司),Testo205 便攜式pH計(雷磁 PHS-3C),電子分析天平(德國賽多利斯公司)等。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

由于傳統(tǒng)發(fā)酵白酸湯樣品發(fā)酵基質主要為米漿,樣品渾濁伴有少量的沉淀物,直接過濾可能會損失部分礦物質,因此需對原樣品進行消解處理,加入不同體積的濃硝酸、過氧化氫進行消解效果對比?？疾?種不同處理方法,分別為5%過氧化氫(加入的過氧化氫體積∶總反應液的體積=5∶100,以下同)、10%過氧化氫、10%過氧化氫+5%濃硝酸(體積比1∶1)、5%濃硝酸、10%濃硝酸、15%濃硝酸。按如下程序進行消解:準確移取45 mL白酸湯樣品置于耐高溫帶刻度的離心管中,加入對應體積的消解溶液,放入50 ℃恒溫培養(yǎng)箱20 min(每隔5 min拿出均勻搖動),再放入65 ℃恒溫培養(yǎng)箱中,10 min后自然冷卻至常溫,用0.45 μm過濾膜進行過濾,制得樣品待用。

1.3.2 工作標準溶液配制

用電子天平精確稱取10種礦物質元素標準物質,并用質量分數(shù)2%硝酸配成不同濃度的標準溶液,配制濃度見表1。

表1 礦物質元素標準溶液Table 1 Mineral element standard solutions /(mg·L-1)

1.3.3 儀器工作參數(shù)

E1468電感耦合等離子體發(fā)射光譜工作相關參數(shù),參照GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》中的ICP-OES法進行測定,并對一些參數(shù)進行微調見表2。

表2 ICP-OES 工作參數(shù)Table 2 ICP-OES working parameters

1.3.4 其他成分測定

有益成分蛋白質含量采用GB 5009.5—2016分光光度法,脂肪含量采用索氏提取法,氨基酸含量參考王玉霞等[10]的方法,多酚含量參考田歡等[11]的方法,常規(guī)理化指標pH值采用pH計法,總糖參考詹夢濤等[12]的方法及總酸采用電位滴定儀法,有害物質亞硝酸鹽含量參考SINDELAR等[13]的方法。

2 結果與討論

2.1 消解試劑選擇

傳統(tǒng)發(fā)酵白酸湯樣品渾濁并伴有少量的沉淀物,直接過濾會損失部分礦物質,為了提高測定結果準確度,需要對樣品進行消解。使用過氧化氫、濃硝酸溶液的6種不同溶液對白酸湯樣品進行消解處理后,得到如圖1所示的結果。由圖1可知,過氧化氫溶液消解后的樣品均有明顯的沉淀,10%過氧化氫+5%濃硝酸處理的樣品中沉淀明顯減少,說明過氧化氫溶液的消解效果不明顯。使用濃硝酸進行消解時,隨著溶液濃度的增加沉淀逐漸減少消失,當使用10%濃硝酸(濃硝酸∶樣品體積比為1∶9)時未觀察到有沉淀,進一步加大濃度樣品無明顯變化,說明10%濃硝酸已經徹底消解完全。

圖1 不同溶液消解樣品結果對比Figure 1 Comparison of sample digestion results with different solutions.

2.2 消解溫度和時間選擇

在消解過程中升高溫度有助于消解速度,參考文獻[14]中梯度升溫方式及考慮實際樣品屬性并進行調整,另外溫度過高會讓溶液沸騰并產生大量氣泡[15],增加安全隱患。實驗表明,當直接升溫溫度達到70 ℃的時候,溶液開始沸騰,不利于消解的進行,故本實驗采用梯度升溫的方式,消解時間根據(jù)實際消解情況進行調整,最終選擇將樣品放入50 ℃恒溫培養(yǎng)箱20 min(每隔5 min拿出均勻搖動),再放入65 ℃恒溫培養(yǎng)箱10 min,可以使樣品消解更徹底并節(jié)省時間,減少樣品帶來的誤差,使結果更加可靠準確。

2.3 礦物質標準工作曲線

以超純水作為空白,運用ICP-OES法測定K、Na、Fe、Ca、Si、Mn等10種元素;以濃度為橫坐標,信號值為縱坐標,得線性回歸方程,相關系數(shù)見表3。

表3 標準物質的線性回歸方程Table 3 Linear regression equations of standard substances

從表3可以看出,10種元素線性方程相關系數(shù)在0.999 1～0.999 8,說明這10種元素線性關系良好,方法適合用于檢測白酸湯樣品中10種礦物質元素;結合檢測機器自身的檢出限,得到各金屬元素的檢出限為0.000 02～0.18 μg/L,定量限為0.000 064～0.60 μg/L。

2.4 方法學考察

為考察ICP-OES法測定白酸湯中礦物質元素的可靠性,做精密度實驗,樣品平行做6次,結果見表4,10種元素相對標準偏差(RSD)為0.26%～2.7%,表明該方法精密度較好。為驗證方法的準確性,分別加入10種被測礦物質元素的標準溶液,測定其加標回收率。從表5可以看到,10種元素平均加標回收率在96.5%～114%,表明該方法準確可靠。

表5 樣品測定及回收實驗Table 5 Sample determination and recovery test /(mg·L-1)

2.5 傳統(tǒng)發(fā)酵酸湯中礦物質含量分析

從表6可知,傳統(tǒng)白酸湯中含有比較豐富的礦物質元素,單位體積中礦物質元素均低于成人每日適宜攝入量所需(AI),可以作為日常食品補充人體所需的礦物質[16]。其中常量元素鈣、鎂含量相對較高,分別達51.4、37.7 mg/L;鈣、鎂不僅是人體硬組織骨骼和牙齒的主要成分,還可以有效降低肥胖大鼠的高血糖及高血脂,也有研究發(fā)現(xiàn),鈣、鎂離子參與機體多種酶促反應及能量代謝[17]。傳統(tǒng)白酸湯相較紅酸湯等其他類型的酸湯而言,Na的含量極低[18],非常適宜作為高血壓等特殊人群的日常調味品。

表6 人體所需礦物質含量Table 6 Mineral contents required by human body

微量元素在人體內含量甚微,但對人體細胞代謝、生物合成和生命功能的維持起重要作用。傳統(tǒng)白酸湯中銅的含量為0.42 mg/L,每日適量食用就能滿足人體所需的五分之一(AI為2 mg),適量的銅有利于機體紅細胞的生產、激素分泌和抗氧化等生物過程[19]。鋅、鐵含量分別為0.21、0.12 mg/L,鋅是超過300多種酶的結構成分,且可能參與催化和調節(jié)酶活性的關鍵因素,在抗氧化防御功能中發(fā)揮重要作用[20];鐵是生活在富氧環(huán)境中有機生命的生物基礎,在哺乳動物中,鐵是細胞呼吸、異物解毒和DNA合成所必需的物質,在許多生化反應中發(fā)揮重要作用[21]。硅在人體結締組織、軟骨形成中是必須的,能維持該結構的完整性[22],樣品中硅的含量為2.5 mg/L,高于蘿卜、辣椒、番茄等蔬菜[23]。

2.6 白酸湯中主要營養(yǎng)成分分析

表7中給出了傳統(tǒng)白酸湯中主要營養(yǎng)成分測定結果。

表7 傳統(tǒng)白酸湯中主要營養(yǎng)成分測定結果Table 7 Determination results of main nutrient components in traditional white sour soup

從表7可以看出,傳統(tǒng)白酸湯中含有蛋白質、脂肪、氨基酸、多酚對人體有益的成分。蛋白質是構成人體的組織結構的重要成分,脂肪能為人體提供能量,樣品中蛋白質、脂肪含量分別為(6.4±0.02)g/L、(4.52±0.24)%;氨基酸是人體生存必需的一種物質,不僅有提高人體免疫力的作用,還有加強腸胃吸收的功效,此外,氨基酸在調味品等食品中還作為呈味物質[24],傳統(tǒng)白酸湯樣品中氨基酸含量為(2.77±0.04)mg/L,是田亞[24]測定結果的2倍以上,原因可能是所選樣品發(fā)酵基質與發(fā)酵階段不同所導致。功能性物質多酚具有一定的抗衰老防癌功效,王猛等[25]發(fā)現(xiàn)多酚含量在發(fā)酵的48 h內呈現(xiàn)緩慢上升趨勢,之后呈明顯下降趨勢,說明發(fā)酵過程會影響多酚類成分的含量,本樣品中多酚的含量為(11.8±0.05)mg/L。

傳統(tǒng)白酸湯中基本理化指標總酸含量較高為(5.16±0.042)mL/L,pH值較低,總糖含量較低(9.7±0.44)mg/L,說明發(fā)酵比較徹底[26]。亞硝酸鹽是發(fā)酵食品中主要的有毒有害成分,過量的亞硝酸鹽攝入有頭暈、中毒或患癌的風險[27],國標中醬腌菜限量標準為20 mg/kg,本樣品中亞硝酸鹽含量為0.6 mg/L,遠遠低于以上標準,說明白酸湯屬于比較安全的發(fā)酵類食品。

3 結論

通過對樣品前處理方法的對比,結合ICP-OES自身工作條件及樣品屬性,建立了簡便、靈敏測定白酸湯樣品中礦物質成分的方法。其中10種礦物質元素線性方程相關系數(shù)在0.999 1～0.999 8,即線性關系良好,檢測結果具有較高的準確度和精密度。樣品檢測結果得到傳統(tǒng)白酸湯中含有豐富的常量元素鈣、鎂、鉀、鈉及少量的微量元素銅、鐵、鋅、錳及硅,鋁元素未檢測出。該方法可為測定渾濁樣品中的礦物質提供實驗參考。

傳統(tǒng)白酸湯理化、營養(yǎng)、有害物質的測定結果表明,酸湯中含有人體所需的一些營養(yǎng)物質,亞硝酸鹽類含量較少,相對比較安全,同時含有多酚等功能性成分,適量食用白酸湯是十分有益的。綜上,白酸湯不管作為調料還是飲料等其他產品開發(fā)均有一定的優(yōu)勢,具有良好的發(fā)展前景。